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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Generador de tonos para EMP. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Músico Los EMR multivoz con un generador de tonos ya han demostrado ser dispositivos fiables y prácticos. Sin embargo, sus capacidades a menudo no se aprovechan plenamente debido a las características de los generadores que se utilizan en ellos. Como regla general, el generador de tonos se construye sobre la base de un resonador de cuarzo altamente estable o circuitos RC. En este caso, el control electrónico de la frecuencia queda excluido o es extremadamente difícil [1]. El dispositivo que se describe a continuación es un generador de tonos controlado por voltaje. La señal de control se elimina de varios modeladores y controles EMR. Estos pueden ser generadores de vibrato de frecuencia, generadores de envolvente (para cambios automáticos de afinación), reguladores de glissando (deslizamiento de afinación) con control manual o de pie (pedal). Las características del generador incluyen una alta frecuencia de funcionamiento. El uso de un microcircuito digital hizo posible implementar un VCO relativamente simple y económico con una frecuencia de funcionamiento de hasta 7,5...8 MHz (Fig. 1). Para la mayoría de los generadores de tonos digitales con una escala musical templada uniforme, que generalmente consta de 12 contadores idénticos con diferentes factores de conversión de intervalo, se requiere una frecuencia de reloj (principal) en el rango de 1...4 MHz. Por tanto, las características del generador deben ser tales que proporcionen la linealidad necesaria dentro de estos límites de frecuencia.
El principio de funcionamiento del generador se basa en la formación de impulsos de duración regulable mediante dos formadores idénticos controlados por tensión cerrados en un anillo. Por lo tanto, la disminución de un pulso en la salida de un modelador provoca la aparición del frente del siguiente pulso en la salida de otro, etc. El funcionamiento del dispositivo se ilustra mediante los diagramas de tiempos que se muestran en la Fig. 2.
Hasta el momento t0, la tensión de control es cero. Esto significa que en los puntos A y B se ha establecido una señal con un nivel lógico de 0, ya que la corriente de entrada que fluye de los elementos DD1.1 y DD1.2 (no excede aproximadamente 1,6 mA) se cierra a un cable común a través de resistencias R1 y R2 y una pequeña resistencia de salida de la fuente de voltaje de control. El nivel 1.1 está activo en la salida de los inversores DD1.2 y DD1 en este momento, por lo que el disparador RS en los elementos DD1.3 y DD1.4 se establecerá arbitrariamente en uno de los estados estables. Supongamos, para ser más precisos, que la salida directa (superior en el diagrama) tiene una señal de 1 y la salida inversa tiene una señal de 0. Cuando aparece un cierto voltaje positivo en la entrada de control en el momento t0, la corriente fluirá a través de las resistencias R1 y R2. En este caso, en el punto A el voltaje permanecerá cerca de cero, ya que la corriente fluye a través de la resistencia R1 hacia el cable común a través de la baja resistencia del diodo VD1 y el circuito de salida del elemento DD1.4. En el punto B, el voltaje aumentará, ya que el diodo VD2 está cerrado a un nivel alto desde la salida del elemento DD1.3. La corriente a través de la resistencia R2 cargará el condensador C2 a 1,1... 1,4 V en un tiempo dependiendo de su capacitancia, la resistencia de la resistencia R2 y el valor del voltaje de control. A medida que aumenta Uynp, la velocidad de carga del condensador aumenta y se carga al mismo nivel en menos tiempo. Tan pronto como el voltaje en el punto B alcance el umbral de conmutación del elemento DD1.2, su salida se establecerá en el nivel 0, lo que cambiará el disparador RS. Ahora la salida directa tendrá un nivel de 0 y la salida inversa tendrá un nivel de 1. Esto provocará una descarga rápida del condensador C2 y una disminución del voltaje, y el condensador C1 comenzará a cargarse. Como resultado, el gatillo cambiará nuevamente y se repetirá todo el ciclo. Un aumento en la tensión de control (período de tiempo t1...t2, Fig. 2) conduce a un aumento en la corriente de carga de los capacitores y una disminución en el período de oscilación. Así es como se controla la frecuencia de oscilación del generador. La corriente de entrada resultante de los elementos TTL se suma a la corriente de la fuente de voltaje de control, lo que permite ampliar los límites de la señal de control, ya que con una alta resistencia de las resistencias R1 y R2, la generación se puede mantener incluso en Uynp. = 0. Sin embargo, esta corriente se caracteriza por la inestabilidad de la temperatura, lo que afecta la estabilidad de la frecuencia de generación. Hasta cierto punto, la estabilidad de la temperatura del generador se puede aumentar mediante el uso de condensadores C1 y C2 con TKE positivo, que compensarán el aumento de la corriente de entrada de fuga incontrolada de los elementos DD1.1 y DD1.2 con los cambios de temperatura. El período de oscilación depende no sólo de la resistencia de las resistencias R1 y R2 y de la capacitancia de los condensadores C1 y C2, sino también de muchos otros factores, por lo que es difícil realizar una evaluación precisa del período. Si descuidamos los retardos de tiempo de las señales en los elementos DD1.1-DD1.4 y tomamos el valor de su voltaje lógico 0, así como el voltaje umbral de los diodos VD1 y VD2 igual a cero, entonces el funcionamiento del El generador se puede describir mediante la expresión: T0=2t0=2RC*ln((IеR +Uupr)/(IеR+Uupr-Usp)), obtenida a partir de la solución de la ecuación diferencial: dUc/dt = Ie/C + (Uupr-Us)/(RC), donde R y C son las clasificaciones de los circuitos de sincronización; Uc - voltaje en el condensador C; Usp - valor de voltaje máximo (umbral) Uc; Uynp - voltaje de control; Es decir, es el valor medio de la corriente de fuga de entrada del elemento TTL; t0 - duración del pulso; T0 es el período de oscilación. Los cálculos muestran que la primera de estas fórmulas concuerda con mucha precisión con los datos experimentales en Uynp>=Usp, y se eligieron los valores promedio: Es decir,=1,4 mA; Usp = 1,2 V. Además, con base en el análisis de la misma ecuación diferencial, podemos llegar a la conclusión de que (IеR+Ucontrol)/(IеR+Ucontrol-Usp)>0, es decir, si IеR/(IеR-Usp)>0, entonces el dispositivo está operativo en Uynp≥0; Esta conclusión se confirma mediante pruebas experimentales del dispositivo. Sin embargo, la mayor estabilidad y precisión del funcionamiento del VCO se puede lograr con Ucontrol ≥ Usp = 1,2...1,4 V, es decir, dentro del rango de frecuencia de 0,7...4 MHz. En la figura 3 se muestra un circuito generador de tonos práctico para EMI o EMC polifónicos. 0,55. Límites de frecuencia de funcionamiento (en Ucontrol ≥ 8...0,3 V) - 4,8...0,3 MHz. La no linealidad de la característica de control (a una frecuencia entre 4...5 MHz) no supera el XNUMX%.
La entrada 1 recibe una señal del generador de envolvente para controlar automáticamente el deslizamiento de la frecuencia de audio. Con una ligera profundidad de modulación (5...30% del tono) se consigue una imitación de los tonos del sonido de un bajo, así como de otros instrumentos punteados y de percusión, en los que el tono de entonación de los sonidos en el momento de su extracción se desvía ligeramente de la norma (generalmente aumenta abruptamente durante el ataque del sonido y luego disminuye rápidamente a su valor normal). La entrada 2 recibe un voltaje de control constante desde un controlador de glissando manual o de pedal. Esta entrada se utiliza para ajustar o cambiar (transponer) la tonalidad dentro de dos octavas, así como para deslizarse a lo largo del tono de acordes o sonidos tonales que imitan, por ejemplo, el timbre de un clarinete, trombón o voz. La entrada 3 recibe una señal sinusoidal, triangular o de diente de sierra procedente del generador de vibrato. La resistencia variable R4 regula el nivel de vibrato dentro de 0...+-0,5 tonos, así como el nivel de desviación de frecuencia hasta +-1 octava o más cuando el interruptor SA1 está cerrado. Con una frecuencia de modulación alta (5...11) Hz) y una profundidad de +-0,5...1,5 octavas, los sonidos tonales pierden sus cualidades musicales y adquieren el carácter de una señal de ruido, que recuerda a un ruido sordo o un susurro de aspas de ventilador. A baja frecuencia (0,1...1 Hz) y la misma profundidad, se consigue un efecto muy colorido y expresivo, similar al sonido “flotante” de un ukelele. La señal de la salida del generador de tonos debe enviarse a la entrada de un acondicionador de señal digital de escala musical de igual temperamento. En el amplificador operacional DA1 se ensambla un sumador activo de señales de control. La señal de la salida del sumador se suministra a la entrada del VCO, que se realiza mediante los elementos lógicos DD1.1-DD1.4. Además del VCO, el dispositivo contiene un oscilador de cuarzo ejemplar ensamblado en los elementos DD2.1, DD2.2, así como un circuito de dos divisores de frecuencia de octava en los disparadores del microcircuito DD3. sincronizado por este generador. El generador y los disparadores generan tres señales de muestra con una frecuencia de 500 kHz, 1 y 2 MHz. Estas tres señales y la señal de la salida VCO se alimentan a la entrada de interruptores electrónicos ensamblados en elementos de colector abierto DD4.1-DD4.4. Estos interruptores, controlados por los interruptores SA2-SA5, tienen una carga común: la resistencia R13. Los circuitos de salida de los elementos forman un dispositivo con función lógica OR. Cuando uno de los interruptores pasa su señal de reloj a la salida, los interruptores cierran los demás en nivel bajo. El nivel alto para el suministro a las entradas R de los flip-flops D DD3.1 y DD3.2 y a los contactos de los interruptores SA2-SA5 se elimina de la salida del elemento DD2.4. Un oscilador de cuarzo con divisores de frecuencia desempeña un papel auxiliar y sirve principalmente para el ajuste operativo del VCO o "acciona" el instrumento en el modo "Órgano", con los interruptores SA3, SA4, SA5 ("4'", "8'", “16'” ) le permiten cambiar la afinación EMR, respectivamente, desde el registro más bajo una y dos octavas hacia arriba. En este caso, por supuesto, no puede haber ningún ajuste o cambio en el tono de los sonidos. Las desventajas del generador incluyen una estabilidad de temperatura relativamente baja, que en este caso no es de gran importancia [2], y una no linealidad significativa de la característica de control del VCO en los bordes del rango, especialmente en las frecuencias más bajas del rango de operación del generador. En la Fig. La Figura 4 muestra la dependencia medida experimentalmente de la frecuencia de generación del voltaje de control: 1 - para el generador según el circuito de la Fig. 1, 2 - figura. 3.
El dispositivo se ensambla sobre una placa de circuito impreso hecha de un laminado de fibra de vidrio de 1,5 mm de espesor. Los chips de la serie K155 se pueden sustituir por otros similares de las series K130 y K133; K553UD1A - a K553UD1V, K553UD2, K153UD1A, K153UD1V, K153UD2. En lugar de D9B, puede utilizar diodos de esta serie con cualquier índice de letras, así como D2V, D18, D311, GD511A. Es mejor elegir los condensadores C4 y C5 con TKE positivo, por ejemplo. KT-P210. KPM-P120, KPM-P33, KS-P33, KM-P33, K10-17-P33, K21U-2-P210, K21U-3-P33. Condensadores C7, C10, C11 - K50-6. Se debe prestar especial atención al blindaje cuidadoso del dispositivo. Los conductores de salida deben trenzarse formando un cable con un paso de 10 a 30 mm. Un generador de tonos instalado correctamente no requiere ajuste y comienza a funcionar inmediatamente después de conectar la alimentación. El voltaje de control en la entrada VCO no debe exceder los 8...8,2 V. La estabilidad de frecuencia del generador se ve afectada negativamente por los cambios en el voltaje de suministro de 5 V, por lo que debe alimentarse desde una fuente con un alto coeficiente de estabilización. Literatura
Autor: I.Baskov, pueblo de Poloska, región de Kalinin Adición Un generador simple controlado por voltaje, descrito en el artículo de I. Baskov "Generador de tonos para EMR" (Radio, 1987, No. 5, p. 48-50), cuando se repitió, resultó tener desventajas significativas: una no linealidad significativa de las características de control, la dependencia de alta frecuencia de las fluctuaciones de la tensión de alimentación del microcircuito y de la temperatura ambiente. El principal inconveniente es que el generador está mal excitado. Esto sucede debido al hecho de que cuando se enciende la alimentación, puede aparecer simultáneamente un nivel de voltaje alto en las entradas de los elementos DD1.1 y DD1.2 (ver Fig. 1 del artículo mencionado), y un nivel de voltaje bajo puede aparecen en sus salidas. El voltaje de bajo nivel en las entradas del disparador RS, ensamblado en los elementos DD1.3 y DD1.4, establece y mantiene el disparador en tal estado cuando sus salidas directa (pin 6) e inversa (pin 8) tienen un nivel alto. , en el que el generador no se excita. Este inconveniente se puede eliminar incluyendo los elementos DD1.1 y DD1.2 también según el circuito de disparo RS. Entonces no se puede establecer simultáneamente un voltaje de alto nivel en las entradas de estos elementos y el generador se excita fácilmente. El diagrama de circuito de un generador con las mejores características se muestra en la Fig. 1, a. Los elementos DD1.1 y DD1.2, activados por un disparador RS, junto con los condensadores C1 y C2, son generadores de voltaje lineal con retroalimentación capacitiva. Gracias a la retroalimentación a través de los condensadores C1 y C2, la característica de control es lineal en todo el rango de oscilaciones generadas. La retroalimentación también reduce la dependencia de la frecuencia del voltaje del microcircuito y de la temperatura ambiente.
Los diagramas de tiempo que ilustran el funcionamiento de dicho generador se muestran en la Fig. 1, b. Después de encender la alimentación, el disparador RS de los elementos DD1.3 y DD1.4 se establecerá arbitrariamente en uno de los estados estables. Supongamos, por ejemplo, que se establece una señal de alto nivel en su salida directa, y de bajo nivel en su salida inversa. En consecuencia, solo el condensador C2 tiene la oportunidad de cargarse y se forma un voltaje linealmente decreciente en la salida del elemento DD1.2 (Uv en la Fig. 1, b). Cuando el voltaje en el punto B del generador alcanza el umbral de conmutación del elemento DD1.4, el disparador RS cambiará a otro estado estable. Ahora su salida directa tendrá una señal de bajo nivel y su salida inversa tendrá una señal de alto nivel, y el condensador C2 se descarga rápidamente a través del diodo VD2 y el elemento DD1.3. El condensador C1 se carga de la misma forma. Como resultado, el disparador RS cambiará a su estado original y se repetirá todo el ciclo. Un cambio en el voltaje de control conduce a un cambio en la corriente de carga de los condensadores del generador y el período de sus oscilaciones. Así es como se controla la frecuencia de oscilación del generador. Cuando el voltaje de control cambia de 0 a 8 V (R1 = R2 = 2 kOhm; C1 = C2 = 150 pF), la frecuencia de oscilación estará en el rango de 0,25...4 MHz. Si, en lugar del voltaje de control Ucontrol, se aplica el voltaje de suministro del microcircuito a las resistencias R1 y R2, se obtendrá un generador en el que se forman pulsos rectangulares en las salidas directa e inversa, y en las salidas de los elementos DD1.1. 1.2 y DD1: un voltaje que varía linealmente con un coeficiente de no linealidad bajo ( UA y UB en la Fig. 1, b). La dependencia mínima de la frecuencia de la tensión de alimentación del microcircuito se obtendrá si la resistencia de las resistencias R2 y R2 es de aproximadamente 5 kOhm. Cuando la tensión de alimentación cambia en +-0,1%, la frecuencia cambia en +-0,05%. La inestabilidad de la temperatura es de aproximadamente XNUMX%/°C. El método propuesto para controlar la frecuencia (período) de las oscilaciones del generador se puede utilizar para regular la duración de los pulsos. En la Fig. 2, y se muestra un diagrama de un multivibrador en espera, cuya duración de los pulsos de salida se regula cambiando el voltaje de control Ucontrol. El dispositivo funciona de la siguiente manera. En el estado inicial, la salida directa del flip-flop RS tiene un nivel de voltaje bajo y la salida inversa tiene un nivel de voltaje alto. Los pulsos de disparo, que son señales de bajo nivel, cambian el flip-flop RS a un estado único estable. El condensador C1 se está cargando. En la salida del elemento DD1.1 se forma una tensión linealmente decreciente. Cuando alcanza el umbral de conmutación del elemento DD1.3, el flip-flop RS recupera su estado original.
Una característica distintiva de este multivibrador es la capacidad de generar pulsos cuya duración es mayor que el período de los pulsos de entrada (t2 - t3 en la Fig. 2b). La duración de los pulsos de salida depende de la resistencia de la resistencia R1, la capacitancia del condensador C1 y el valor de la tensión de control. Cuando el voltaje de control cambia de 0 a 8 V (R1 = 2 kOhm; C1 = 330 pF), la duración de los pulsos de salida cambia entre 5...0,2 μs. El generador y multivibrador descrito aquí puede encontrar aplicación en convertidores de voltaje, instrumentos de medición, EMI y muchos otros dispositivos de radio. Autor: A.Ignatenko, Ekaterimburgo
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